Индикаторы развития мировой экономики. Зачем России суперкомпьютеры?

Слово «суперкомпьютер» известно, наверное, всем. Но мало кто понимает, что это такое на самом деле. Мы об этом далее расскажем.

Но сначала поговорим о другом. Почему суперкомпьютеры являются индикаторами технологического развития той или иной страны? Дело в том, что суперкомпьютер – очень дорогая «игрушка», стоящая несколько десятков миллионов долларов. И это не включая последующие затраты на его эксплуатацию и обслуживание. Поэтому содержать такое чудо техники имеет смысл только в том случае, когда без него нельзя обойтись. А когда нельзя? Тогда, когда экономика страны производит высокотехнологические продукты, разрабатывать которые без использования суперкомпьютеров или просто невозможно, или экономически неэффективно.

Ну, а теперь, к делу. Так что же такое суперкомпьютер? В обыденном понимании этого слова – эта такая «штуковина», которая очень быстро что-то считает. Да, считает, и очень быстро. Но вопрос. За счет чего? А вот тут скрывается очень много интересных вещей, оказывающих кардинальное влияние на развитие суперкомпьютерной индустрии во всем мире, в том числе и в России.

Вот только один факт. За 50 последних лет производительность компьютеров выросла примерно в 700 миллионов раз. А выигрыш в быстродействии (т.е. выполнение одной простейшей арифметической или логической операции) – примерно в тысячу раз. Как такое может быть? Оказывается, за счет принципиального изменения так называемой «архитектуры» компьютеров, самым главным из которых стал принцип параллельной обработки информации и создание соответствующего программного обеспечения. Именно поэтому первые роли в производстве и использовании суперкомпьютеров сейчас начинают занимать новые герои.

Но, сначала, одно маленькое отступление.

Интересно, что советские инженеры и ученые разработали и, что самое главное, реализовали на практике несколько идей, лежащих в основе работы современных суперкомпьютеров, да и всей компьютерной техники. Вот только два примера.

Первый. «Голубой гигант», американская компания IBM, несомненный лидер компьютерной индустрии 60 – 70 годов прошлого века, утверждала, что увеличение числа процессоров в компьютере на величину больше трех, не может привести к росту его быстродействия. А разработки советских ученых А.С. Лебедева и М.А. Карцева не только теоретически опровергли это утверждения американцев. Лебедев и Карцев воплотили свои идеи в компьютерах серии «Эльбрус» и М-10, М-13. Кстати, именно достижения в компьютерной индустрии СССР и их использование в военной технике послужили началом знаменитых соглашений между США и СССР об ограничении систем противоракетной обороны и стратегических вооружений.

Второе. Идея так называемой «конвейерной» обработки машинных команд, придуманной  тем же Лебедевым, и, притом, реализованная им в машинах серии БЭСМ в 60 – 70 годах прошлого века, лежит в основах операционных систем всех компьютеров – от ноутбуков до супермашин.

Но, вернемся к реалиям сегодняшнего дня.

Раз в полгода публикуется так называемый «TOP – 500» суперкомпьютеров мира. Последние года два на первом месте рейтинга находился китайский суперкомпьютер Tianhe-2. Он был произведен на базе комплектующих компании Intel. Но американская администрация в целях национальной безопасности США запретила Intel продавать комплектующие для суперкомпьютеров в Китай. В результате, в этом году в Китае был произведен суперкомпьютер Sunway TaihuLight, занимающий сейчас первую позицию в рейтинге «TOP – 500» и произведенный исключительно из китайских комплектующих. Кстати говоря, в 2016 году Китай впервые обогнал США по количеству суперкомпьютеров, включенных в рейтинг «TOP – 500». Китай – 167 машин, США – 165 машин. Интересно, что 10 лет назад у Китая было только 28 суперкомпьютеров, причем ни один из них не входил в «ТОР – 30».

Про Россию скромно умолчим. Да, мы находимся далеко не на первых позициях. Тем не менее, самый мощный российский суперкомпьютер – «Ломоносов – 2», входит в первую мировую сотню таких машин. И, кстати говоря, он спроектирован и произведен российской же компанией «Т – платформы», правда, на основе процессоров Intel. Но упомянутый выше китайский опыт показывает, что процессоры – не главное. Главное – «архитектура» и связанное с ней программное обеспечение. А с этим у нас все более или менее в порядке. Главное, чтобы спрос был. Кстати, совсем недавно, один из российских суперкомпьютеров был продан в Германию! Ведь можем, когда захотим. Кстати, в России, по примеру китайцев, развернули работы по созданию собственной элементной базы. И можно надеется, что они завершатся успешно.

И возвращаясь к тезису о том, что наличие суперкомпьютеров в той или иной стране является индикатором развития ее экономики. ВВП России более чем в 10 раз меньше ВВП США и Китая. Что в полной мере соответствует числу суперкомпьютеров в России и этих странах.

Так где же используются суперкомпьютеры?

Фармакология и медицина

Суперкомпьютеры используются при создании новых лекарств, что приводит к сокращению времени их разработок и существенному понижению их конечной стоимости. При формировании национальных баз знаний, кардинально повышающих доступность для любого врача понимания особенностей функционирования человеческого организма и возможные последствия тех или иных заболеваний. Ну и, конечно, при диагностике заболеваний.

Наука и технологии

Здесь без этих умных машин вообще никуда. Применение суперкомпьютеров позволяет в несколько раз сократить время и расходы на проектирование и разработку технических устройств – от автомобилей, самолетов, до всем нам доступных гаджетов. Не говоря уже о предсказании природных катаклизмов, исследований природных процессов, например, прогнозирования погоды, понимания устройства Вселенной и микромира.

Последнее может кому-то показаться не актуальным.

По этому поводу приведем одну интересную историю. В середине XIX века великий английский физик Майкл Фарадей в результате блестяще проведенных опытов доказал, что электричество и магнетизм являются проявлением одной субстанции – электромагнитного поля. Его работы вызвали большой резонанс в научной общественности, и он был избран членом Лондонского королевского общества. Когда Фарадея спросили, имеют ли его открытия какое-то практическое значения, ученый печально ответил: «К сожалению, нет».

Так вот. Вся электроэнергия, которая вырабатывается сейчас на Планете, производится на основе законов, открытых Фарадеем. И что бы без них мы делали? Как выглядела бы без электричества наша цивилизация?

Поэтому, когда некоторые люди говорят, что все затраты на так называемую «фундаментальную науку» – пустая трата денег, очень хочется напомнить им изложенную выше историю более чем 150 летней давности.

Коммуникационные технологии

Существование современной цивилизации невозможно представить без коммуникационных технологий. Начиная с интернета и заканчивая системами обработки огромных массивов данных, поступающих из разных источников в органы государственной власти. Всю эту работу могут выполнить только суперкомпьютеры. Поэтому наличие в стране этих «умных машин» во многом определяет эффективность работы всего «государственного организма».

Это, конечно, не все области применения суперкомпьютеров. Но и этого достаточно. Так что можно сказать – «Суперкомпьютерная индустрия России – вперед!».

И в заключение. На заре компьютерной эры советские компьютерщики занимали одни из лидирующих позиций в мире. Подробный разговор об истории расцвета и заката советского компьютеростроения, наверно, тема отдельной публикации. Потому что эта история имеет очень много общего с тем, что происходит в России сейчас. А историю надо знать и уметь извлекать из нее уроки.